TSI系统直流电源优化分析

2015-12-17王世云包伟飞

仪器仪表用户 2015年2期

王世云，包伟飞

（浙能乐清发电有限责任公司，浙江乐清 325609）

0 引言

汽轮机监测保护系统（TSI）是发电厂保障机组正常运行的重要设备，其主要作用是在机组正常运行时，监测汽轮机及相关设备的运行参数。对于汽轮发电机组而言，维持汽轮机转速、轴向位移、差胀、轴振动、轴承振动及偏心等机械工作参数在正常范围之内运行是保证汽轮机安全运行的必要条件，目前国内外电力系统中应用广泛的TSI品牌主要有美国BENTELY和德国epro等系列。

乐清电厂TSI系统采用德国epro公司生产的MMS6000系统[1]，主要由就地测量元件、前置器、连接电缆及显示仪表等几部分组成，就地测量元件应用的是电涡流传感器、电动式传感器、电感式位移传感器及差动式磁感应传感器；前置器将就地传感器所测信号传输给显示仪表；显示仪表经过计算处理这些信号后输出机组运行所需的监测量，将显示仪表安装在发电厂屏蔽电子间专用机柜内，机柜内设计专用24V电源系统给各TSI测点的仪表模块供电。检修中发现epro MMS6000系统测量系统中直流系统存在隐患，本文对此进行分析，介绍了处理措施，供同行参考。

1 电源回路设计与存在问题

1.1 电源回路设计

TSI系统配置两路可靠的AC220V电源冗余供电，通过至少两块电源转换模块，输出直流24V电压供给显示仪表，两块电源模块之间应冗余供电，做到无隙切换，即任一电源模块失电，TSI系统都能正常工作。

目前TSI系统采用两种类型的框架用来安装显示仪表，即48芯底座框架和背板框架，因采用的框架不同，所设计的供电电路也不同。

1）48芯底座框架

48芯底座框架是将每个显示仪表模件独立，通过一根总线或母线条对每块模件单独供电，这种设计可以保证各块模件之间供电相互不受影响，某一块模件电源故障后不影响其它模件的正常工作，每块模件均设计有两路+24V电压输入端子及一路0V电压输入端子用于模件供电，通常将两块电源模块的负端短接接入显示仪表模件的0V输入端。

图1 TSI系统机柜内部电源设计图Fig.1 Cabinet TSI system internal power supply designs

图2 48芯针脚底座框架供电示意图Fig.2 48-PIN pin base frame power supply schematic diagram

图3 背板框架供电示意图Fig.3 Back panel frame power supply schematic diagram

2）背板框架

背板框架采用内置电路板结构，所有显示仪表模件底座集成在一整块电路板中，每个背板框架都设计有两路总电源接线端子及框架供电正常指示灯，只需将24V电源线接至总电源端子，整框的显示仪表都可以正常工作，总电源端子同样是冗余设计，可实现无隙切换。

1.2 存在问题

1）24V电源没有真正冗余

随着大型发电机组对TSI系统的依赖性越来越高，对TSI系统的可靠性要求也越来越全面，无论是48芯针脚框架还是背板框架，对显示仪表所供电压的24VDC(-)端都是采用单一总线或母线条的模式，存在总线出现故障影响整个机柜供电系统的隐患，当24VDC(-)线路断开时，整个机柜会失电，设计有测量元件故障跳闸保护，则保护会误动。这与“在查找接地故障时应有确保不会造成保护误动作的措施”[2]原则不符。

图4 48芯针脚底座框架母线条末端增加0V电压接线示意图Fig.4 Article 48 core pins base framework bus terminal increased 0 v voltage wiring diagram

图5 48芯底座框架增加一路备用0V接线示意图Fig.5 48 core base framework to increase spare all the way to 0 v wiring diagram

图6 背板框架增加0V线缆示意图Fig.6 Backboard frame add 0 v cable diagram

2）接地可靠性低

接地可分为保护接地和工作接地[3]。TSI系统主要涉及的是工作接地。epro MMS6000 TSI系统的信号“COM”端与电源的24VDC(-)端是相通的，通过机柜接地端子实现接地，而机柜接地端子与机柜接地铜牌之间也是通过单一接地线缆连接，若这根接地线出现故障，会导致“COM”端出现问题，这时如果系统中有干扰信号串入，会导致整个TSI系统信号同时出现波动。

这些问题都会潜在地影响到机组的安全运行，所以需要提高TSI系统的全面可靠性，对TSI电源系统进行优化。

2 电源系统优化方案

针对TSI系统电源部分所存在的上述问题，提出了48芯针脚底座框架母线条末端增加0V电压接线、48芯底座框架增加一路备用0V接线、背板框架增加0V线缆3种方案。以下对3种方案进行具体分析。

2.1 48芯针脚底座框架母线条末端增加0V电压接线

对于48芯底座框架的电源系统，可在总线或母线条的末端增加一路0V接线，接至机柜总的接地端子或电源模块的24VDC(-)端，形成完整回路，这样在总线或母线条某一段出现故障后，新增的0V接线仍能与24VDC(+)形成完整回路，保证整个框架模件的正常工作，由于母线条针脚需要用专用接线工具压接线缆，且只能压接0.252左右的线缆，为安全起见，需要在母线条末端针脚压接多根线缆。

2.2 48芯底座框架增加一路备用0V接线

针对48芯针脚底座框架，也可单独给每一块模件增加一路备用的24VDC(-)回路接线，对整个框架供电系统起到双重保障作用，但是这种方案需要在每一个模件底座的24VDC(-)端分别引出接线，最后汇流到机柜的接地端子，所以施工时较为繁琐。

2.3 背板框架增加0V线缆

由于背板框架电源线路设计更为简便，背板上的电源输入设计有两路24VDC(-)接线端子，原本设计已经将同一框架中的两路24VDC(-)端子相互短接，共用同一负端，因此只需要在短接的24VDC(-)末端接线端子增加一路接线，接至电源模块负端或者机柜接地端子即可形成完整供电回路。

3 接地改进及电源报警

对于TSI系统，接地有严格的要求，不正确的接地方式直接影响系统的抗干扰能力[4]。TSI机柜电源模块设计为负端与机柜总接地端子短接，建议将机柜接地铜牌至电源接地端子排之间多增加一路接线，这样对整个电源模块负端接地增加一路保障，同时要保证整个TSI机柜接地铜牌上有一路稳定的外接接地线缆，接至DCS系统总接地网；机柜24V电源模块应带有失电报警输出功能，在电源失电时输出开关量并在工作人员操作画面中显示故障报警，以便工作人员及时发现和处理。

在TSI系统卡件模块组态软件中，可以设置模件故障保护，若TSI系统机柜失电或者当前通道回路故障，可以设置包括DO和AO输出的限值抑制输出，若TSI系统机柜失电或线路故障可设置AO输出为0、DO不输出，以保证机组正常运行，不会误动。